用于優化聲源陣列的性能的方法
【專利摘要】本發明涉及用于優化聲源陣列的性能的方法。公開了一種促進在海洋環境中獲得地震數據的技術。聲源陣列被部署于海洋環境中。該陣列能夠用來產生促進關于海底結構的數據的收集的聲脈沖。該方法使聲源陣列的性能得以優化以改進在地震勘測期間的有用數據的收集。
【專利說明】用于優化聲源陣列的性能的方法
[0001]本申請是申請日為2009年12月11日、申請號為200980150759.5發明名稱為“用于優化聲源陣列的性能的方法”的發明專利申請的分案申請。
【背景技術】
[0002]在各種海洋環境中，進行地震勘測以獲得對水體之下的地質構造更多的了解。海洋地震源陣列被用來在水中產生聲脈沖，并且水聽器檢測所反射的信號。點火控制器被使用以觸發聲源元件的點火因而使每個元件的主壓力脈沖沿所期望的方向在遠場中同步。例如，可以進行觸發使得每個元件的主脈沖沿垂直的方向在遠場中一致。在某些應用中，點火控制器實施時間延遲以補償聲源元件的機械觸發機制的個體差異。觸發延遲還能夠用來補償源陣列的幾何差異。
[0003]一種量化機械觸發延遲的方法是使用時斷傳感器。時斷傳感器被定位于聲源元件(例如氣槍)之內或附近，并且具體的屬性可以在由時斷傳感器測得的信號中檢測到。例如，屬性可以包括信號最大振幅、閾值時間、過零點或者其它合適的屬性。在發送點火信號與檢得屬性在時斷信號中的時間之間的時間延遲經點火控制算法來處理以調整下一點火信號的時間。
[0004]但是，使用安裝了時斷傳感器的氣槍聲源元件的同步只提供了使所發射的聲信號的峰值壓力同步的間接方式。該方法假定了恒定的、源元件獨立的、在時斷信號的檢得屬性與峰值聲壓的時間之間的時間偏移。在許多應用中，該假定并不是有效的并且時斷同步導致了聲信號的峰值聲壓的次優對準。有時，該問題可以通過使用支持來自近場水聽器的調諧及測量的點火控制器來緩解。但是，以現代的緊湊陣列結構不可能將來自未處理的近場水聽器的測量中的鄰近氣槍的聲信號區分開。
[0005]常規的氣槍的另一個問題是在適用于地震勘探的頻率范圍之外的顯著聲幅的發射。帶外信號代表能夠干擾測量和/或具有對海洋生物不利的影響的噪聲。

【發明內容】

[0006]一般而言，本發明提供了一種用于在海洋環境中獲得地震數據的方法。聲源陣列被部署于海洋環境中。陣列能夠被用來產生可用于獲得有關海底結構的數據的聲脈沖。該方法使聲源陣列的性能能夠得以優化以在地震勘測期間促進有用數據的收集。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]以下將參考附圖來描述本發明的某些實施例，在附圖中相同參考數字指示相同的元件，以及:
[0008]圖1是根據本發明的一種實施例的在海洋勘測區內的聲源陣列的示意圖；
[0009]圖2是根據本發明的一種實施例的聲源陣列的另一個實例的示意圖；
[0010]圖3是示出根據本發明的一種實施例的聲源陣列的一個實例中的聲源/水聽器對的位置的圖表；[0011]圖4是示出根據本發明的一種實施例的基于在諸如圖3所示的陣列那樣的陣列中的聲源元件的貢獻的、來自在一個水聽器處檢測到的信號的數據的圖表；
[0012]圖5是示出根據本發明的一種實施例的分散函數(scattering function)的功率譜的圖表；
[0013]圖6是示出根據本發明的另一實施例的分散函數的另一種功率譜的圖表；
[0014]圖7是示出根據本發明的另一實施例的分散函數的另一種功率譜的圖表；
[0015]圖8是示出根據本發明的一種實施例的由在給定的時間窗口之內的點火時間的特意(deliberate)分散引起的功率譜的圖表；
[0016]圖9是示出根據本發明的一種實施例的用于優化源陣列性能的操作過程的一個實例的流程圖；以及
[0017]圖10是示出根據本發明的一種實施例的用于優化源陣列性能的操作過程的另一個實例的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]在下面的描述中，闡明了眾多細節以供對本發明的理解。但是，本領域技術人員應當理解，本發明可以在沒有這些細節的情況下實現并且對所述實施例的眾多改變或修改可以是可能的。
[0019]本發明一般地涉及在海洋環境中獲得地震數據所使用的技術。該技術有助于針對在進行地震勘測中所使用的聲源陣列來優化聲源陣列性能。例如，在一種應用中，該技術通過使源觸發去同步來促進聲源的高頻率輸出的衰減。在技術的另一方面，聲源可以使用限帶的概念源特征(notional source signature)來同步。
[0020]一般地參考圖1，圖中根據本發明的一種實施例示出了地震勘測系統20的實例。如圖所示，系統20包括被拖曳通過海洋地震勘測區24以進行海洋地震勘測的聲源子陣列22。聲源子陣列22可以由經由拖曳線與聲源子陣列22連接的適合的水上船只來拖曳。
[0021]在所示出的實例中，地震勘測系統20還包括聲源28和水聽器30的多個配對26。但是，地震勘測系統20可以按照多種結構來構造，所述多種結構可以包括水聽器30和聲源28的配對26或其它布局。通常，水聽器30和聲源28被選擇使得存在至少與未知的概念源(notional source) 一樣多的水聽器測量。這使概念源特征的計算得以進行。在所示出的具體實例中，聲源28可以每個都包括為在受控的時間點發射出壓力脈沖而設計的氣槍(或氣槍群)。水聽器30可以是各自定位于相應的聲源的上方或者在其它適合的位置的近場水聽器。可以將聲源28和水聽器30布置成配對26或者其它結構，例如經由適當的懸線34自浮體32懸下。浮體32被設計成沿海洋勘測區24內的水表面36漂浮。
[0022]控制系統40 (例如基于計算機的控制系統)可以用來處理來自水聽器30的數據和/或將控制信號傳達給聲源28。控制信號能夠用來控制聲源28的觸發以提供在進行地震勘測時使用的聲脈沖。在控制系統40和配對26之間的數據流動能夠在適合的通信線42上進行。舉例來說，能夠將控制系統40定位于適合的拖曳船只上或者在其它位置，例如直接在聲源子陣列22上。
[0023]可以將聲源28和水聽器30布置成多種陣列結構。例如，在圖2所示的實施例中，地震勘測系統20包括具有多個聲源子陣列22的地震陣列44。每個聲源子陣列22包括聲源28和近場水聽器30的多個配對26。以具體實例來說，地震陣列44可以包括三個子陣列22，其中每個子陣列包括六個配對26。但是，能夠使用其它的結構來進行地震勘測。
[0024]由水聽器30檢測到的反射聲信號以及由控制系統40處理的數據通過優化聲源陣列的性能(例如同步)來提高。根據一種實施例，對聲信號被直接地時間對準。舉例來說，聲源同步能夠使用限帶的概念源特征來實現。在各種公開物(例如美國專利N0.4, 476, 553 (Ziolkowski等))中描述了一般的概念源理論。
[0025]在圖3中，以示出18個獨特配對26的平面圖示意性地示出了地震源陣列44的一個實例。給定配對26的每個個體水聽器30測量總體聲信號，該總體聲信號具有來自相應的聲源28以及在陣列44中的其它聲源28的貢獻。例如，在圖4所示的圖表中，由個體近場水聽器30所記錄的壓力信號由實線46示出。在該樣本中，壓力信號46由位于圖3的位置17的水聽器30來檢測。所記錄的壓力信號46由聲源的貢獻產生并且包括來自最接近的聲源28的信號48，例如在對象配對26中的相應的聲源28。所記錄的壓力信號46還包括來自聲源陣列44中的其它聲源28的貢獻信號50。
[0026]即使個體聲源的主壓力脈沖無法由個體水聽器區分，概念源方法的實現也使來自個體聲源28的聲信號的計算能夠得以進行。個體貢獻是概念源特征。由此，控制系統40可以包括用來根據概念源方法計算來自個體聲源的聲信號的處理系統，例如基于計算機的系統。控制系統40還被用來處理數據并且通過對概念源特征進行時間對準來關于聲源28確定觸發延遲。應當指出，在許多應用中，能夠將概念源特征的范圍或頻帶限制于關心的頻率范圍。結果，聲源能夠被直接同步而不是唯獨依靠從安裝有時斷傳感器的聲源的間接同
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[0027]但是，方法的另一實施例利用結合使用概念源特征的屬性以及與時斷傳感器信號關聯的屬性的同步方法。在該實施例中，對26能夠合并安裝于例如聲源28的時斷傳感器。如上所述，時斷傳感器被用來檢測與時斷傳感器信號關聯的屬性。屬性被用來針對觸發個體聲源估計時間延遲以優化在地震勘測期間的數據收集。在該實施例中，控制系統40被用來將基于通過時斷傳感器的屬性檢測而處理的時間延遲與直接的同步時間延遲相比較。直接的同步時間延遲通過計算概念源特征以及通過對概念源特征進行時間對準來確定觸發延遲而獲得。該比較能夠提供關于所實現的實際觸發延遲的驗證或檢驗。
[0028]在一個實例中，氣槍陣列的同步通過計算將時斷傳感器與所發出的概念源特征相關的附加同步延遲來優化，其中概念源特征的頻帶被限制于關心的頻率范圍。舉例來說，能夠將數據的頻帶限制于大約0-128HZ，不過也能夠使用其它所期望的地震頻帶或范圍。概念源特征的同步還能夠在其它的應用中采用。例如，該方法能夠使用于利用頻率在地震頻帶之外的所發射的聲信號的應用中。該方法還能夠使用于并不一定旨在使由聲陣列的聲源元件發射的主壓力脈沖同步的應用中。
[0029]根據方法的另一種實施例，陣列同步可以通過使聲源28的觸發去同步來優化。這使得地震陣列44的功率譜能夠在頻帶頻率之外(即在所期望的地震頻率范圍/頻帶之外的頻率)下衰減。另外，在所期望的地震頻帶之內的輸出基本上不受影響。
[0030]帶外信號的衰減通過使由控制系統40控制的聲源觸發特意地去同步來完成。當使用聲源28來提供主壓力脈沖時，所疊加的波場的期望發射方向能夠由下式來描述:
【權利要求】
1.一種用于優化聲源陣列的性能的方法，包括以下步驟: 將聲源和水聽器陣列部署于海洋環境中； 以所述聲源產生聲脈沖； 通過處理來自近場水聽器測量的概念源特征來使所述聲源同步； 通過對所述概念源特征進行時間對準來為所述聲源確定觸發延遲； 利用時斷傳感器來檢測與時斷傳感器信號關聯的屬性； 將基于所述屬性的檢測的處理的時間延遲與直接同步時間延遲進行比較，其中所述直接同步時間延遲是通過計算概念源特征并且通過對所述概念源特征進行時間對準而確定觸發延遲來獲得的；以及 使用所述比較來確認所實現的實際觸發延遲。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括比較基于所述屬性的檢測與基于處理所述概念源特征的時間延遲。
3.根據權利要求1所述的方法，還包括將所述概念源特征限制于關心的頻率范圍。
4.一種用于在海洋環境中獲得地震數據的方法，包括以下步驟: 確定來自海洋環境中的近場水聽器測量的概念源特征； 通過對所述概念源特征進行時間對準來建立聲源元件的觸發延遲； 進行處理時間延遲與直接同步時間延遲的比較； 使用所述比較來確認實際觸發延遲；以及 根據所述觸發延遲來觸發所述聲源元件。
5.根據權利要求4所述的方法，其中觸發的步驟包括:觸發布置于所期望的陣列中的氣槍。
6.根據權利要求4所述的方法，還包括將概念源特征限制于關心的頻率范圍。
7.根據權利要求4所述的方法，還包括利用時斷傳感器來檢測與時斷傳感器信號關聯的屬性。
8.根據權利要求7所述的方法，還包括比較基于所述屬性的檢測與基于處理所述概念源特征的時間延遲。
【文檔編號】G01V1/38GK103926624SQ201410177810
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2009年12月11日 優先權日:2008年12月17日
【發明者】J-F·霍珀斯塔德, R·勞斯, A·S·梅爾博 申請人:格庫技術有限公司